地下水脆弱性背景

1996年的饮用水安全法修正案开创了预防饮用水污染的新纪元，其中强调了水源管理的重要性。在美国环保署（简称USEPA）提出的水资源评价计划中，要求对水资源系统进行污染脆弱性评价（美国环保署，1997）。保护饮用水的第一步，是要对水源进行评价，考虑到地下水资源可能会受到某些污染，因此，在开展这项工作时，通常要与现有的水资源保护规划结合起来进行。许多联邦、州和地方的水资源管理计划中，都考虑到了地下水的脆弱性评价问题，其中包括如何确定可持续饮用水源，对地下水进行杀菌消毒，杀虫剂管理计划，废弃物地下填埋和“幽禁的动物给食运作”（简称CAFO）等。美国国家研究院在1993年发表的一篇文章中，对政府、私人和学术机构进行地下水污染的脆弱性评价时所采用的一些方法进行了总结。根据特定的目标和可利用的资源，评价范围包括私人水井乃至整个含水层系统，研究对象可以是针对某种污染物或某类污染物，也可以是针对所有的污染物。

随着整个美国对饮用水安全和生态健康需求的不断增加，政策决策者正面临着如何评价和管理水资源的问题。由于需要评价人为活动和天然污染源对地下水资源造成的可能污染，因此在政策制定和目标管理过程中面临着严峻的挑战。对地下水污染的脆弱性评价，既有费用相对较低的简单定性法，也有成本相对较高的严格定量评价法。必须针对水资源决策者的不同需求，认真分析评价成本、防御措施的科学性和可能存在的不确定性等因素。

地下水的科学防御方法

科学的方法是指系统而客观地获取知识的原则和过程，包括认识问题、通过观察和实验搜集资料、归纳和检验假设等。因此，科学方法不能只凭经验或主观判断，而是需要根据事实进行客观分析。科学的地下水脆弱性评价必须按照科学的方法，搜集大量的文献资料、观测数据和研究方法，从而得出可靠的结论。

地下水的固有敏感性和脆弱性

地下水系统的固有敏感性取决于含水层性质（水力传导系数、孔隙度和水力梯度），以及相关的水源和压力（补给、与地表水的相互作用、在非饱和带的迁移和井排泄）。因此，固有敏感性评价不能只针对特定的天然和人为污染源，相反，必须要考虑影响地表水和地下水流动的各种物理因素。

地下水资源对污染物的脆弱性取决于固有敏感性、天然和人为污染源的位置和类型、井的位置以及污染物的迁移转化。水资源决策者通常面临着两种选择，究竟是根据固有敏感性来管理水资源，还是根据更全面的地下水对特定污染物的脆弱性进行管理。

地下水流动系统概述

在天然条件下，地下水在三维空间内从补给区向排泄区流动，地下水由大气降水获得补给，通过非饱和带渗入地下饱和带；地下水的补给也可以通过地表水体获得。饱和带的地下水以泉、溪流、湖泊、湿地和植物蒸发蒸腾等形式进行排泄。这样，地下水从补给区到排泄区的三维流动水体就组成了地下水流动系统。地下水流动系统的面积从几平方米到上万平方米不等，地下水径流通道从几米到几百米不等。地下水流动系统的补给区和排泄区之间具有一定的水力联系。

不同的地下水流动系统，地下水的年龄（距补给的时间）也有所不同，从补给区到排泄区地下水的年龄稳定增加。在浅层地下水流动系统中，排泄区的地下水年龄从不足一天到几百年不等，而且补给区的地下水年龄要小于排泄区。在流动通道较长（几十英里）的地下水系统中，地下水的年龄会达到几千年或几万年（见图1）。埋深较浅和形成年代较晚的地下水对地表污染物较为敏感；而埋藏较深和形成年代较长的地下水则更容易在长期的流动的过程中接触某些天然存在的污染物。对地下水流向和流速的认识，有助于更好地理解地下水系统固有敏感性的发生机理。

为了对地下水脆弱性进行全面评价，需要了解一些特定的污染物信息。本报告中所提及的“污染物”包括对人类健康或其它方面造成不利影响的所有天然和人为形成的物质。必须在天然的地球化学系统和地下水流动系统中考虑人类对污染源和污染物迁移转化的潜在影响。例如，如果土地利用方式（促进污染物迁移的方式）会对地下水流动系统造成一定影响，那幺水资源将更易受到污染物的影响。Welch等人（2000年）指出，人类活动会造成水井中砷浓度的升高。

特定的污染物信息包括：（1）潜在污染源信息；（2）目标污染物的化学性质；（3）污染物在地下水流动系统中的运移机制。

地下水脆弱性污染源

了解土地利用方式、潜在的污染源和地下水资源的固有敏感性之间在时间和空间上相互作用，是确定地球化学系统乃至于地下水对污染物脆弱性的关键。潜在的人为污染物通常位于地下水系统的边界上，污染物会随着补给水源进入地下水系统中。一些污染源，如防护性能较差的化粪池和储油罐，会造成严重的污染问题。天然污染源与含水层的岩性和地球化学条件相关联，有可能会出现在含水层的任何地区。

根据空间范围，通常可以将污染源划分为点状污染源和非点状污染源。点状污染源是指污染物通过某一特定位置释放出来，而非点状污染源是指通过大面积范围释放出来污染物。也可以根据时间范围，将污染源划分为连续性污染源和瞬时性污染源。连续性污染源是指污染物在长期范围内不断释放出来，而瞬时性污染源是指污染物只在某一时刻释放出来。污染源类型（点源、非点源、连续性污染源和瞬时性污染源）的分类，对于确定地下水系统中污染物浓度的时间和空间分布非常重要。在某些情况，点污染源与一个或多个非点状污染源的累积效应非常相似。

地下水脆弱性化学性质

污染物在地下水系统中的运移，会受到某些地球化学效应、放射性作用和活动性微生物的影响。某些化学变化会使某些有害污染物转化为毒害性较小的副产物，而另一些化学作用会使污染物产生的副产物毒性比母体更强，对生态系统和人类的危害也更大。某些放射性物质在天然衰减过程中，也会产生一些副产物，比母体的危害性更大（Focazio等，2000）。在某些情况下，会发现环境中的某些降解（转化）产物的危害远比母体大（Kolpin等，1997）。目前，地下水修复工作越来越关注天然衰减问题，在混合、水平对流和生物降解的共同作用下，污染物的浓度会越来越小（Chapelle等，2000）。与此类似，某些化学变化会使相对稳定的组分变成移动性较强的组分，将母体转化为某些副产物。了解地下水运动的通道和时间，以及污染物的化学性质和生物性质，是确定污染物迁移转化以及可能产生副产物的关键因素。对于可以迅速转化为其它产物的污染物，特别是转化的产物或子产物比母体毒性更大的污染物，这一点尤为重要。另外，地下水污染的脆弱性取决于污染物的溶解性和移动性，而移动性与含水层和抽水井特定的矿物学和地球化学条件有关。

地下水脆弱性弥散和扩散

弥散和扩散是污染物在地下水中重要的运移机制，在地下水运移过程中，这些机制可以将污染物带入到地下水系统中。运移过程中，在地下水系统的某些位置，污染物浓度可能会有所降低，而在另一些地区，污染物浓度却会有所增加。分子扩散是指溶质在浓度梯度的作用下，由浓度高处向浓度低处运动，致使液体中的溶质浓度趋于均匀。而弥散是指由于多孔介质中孔隙系统的存在，致使流体的微观速度在孔隙中的分布大小和方向都不均匀，流体质点的实际运动迂回曲折。弥散使得溶质的运动比单纯对流扩散的范围更广。

科学家可以为水资源决策者提供地下水脆弱性评价和（或）固有敏感性的科学防御信息。可以通过定量或定性方法说明评价工作中存在的不确定性，从而增加成果图的有效性。应当将科学目标和管理目标严格区分开来，成功的地下水脆弱性评价与科学的防御分析相结合，可以满足科学目标需求，水资源决策者在此基础上辅以一些附加信息，可以满足管理目标的需求。

《地下水脆弱性评价导则研究》系统介绍了国内外地下水脆弱性评价相关研究成果，对分区评价模型、评价指标、评价标准、适用范围、存在问题等方面进行了评述和分区案例分析，提出了水量脆弱性与水质防污性综合考虑的地下水脆弱性评价导则草案。

《地下水脆弱性评价导则研究》可供从事地下水保护与管理工作的相关科研人员、技术人员、管理者及学生参考。

前言

第1章 国内外研究现状

1．1 国外研究现状

1．2 国内研究现状

第2章 地下水脆弱性概念及分类

2．1 概念

2．2 分类

2．2．1 地下水本质脆弱性

2．2．2 地下水特殊脆弱性

第3章 地下水脆弱性评价指标体系

3．1 评价指标体系框架

3．1．1 指标体系的构建原则

3．1．2 指标体系

3．2 地下水脆弱性评价指标权重确定方法

3．2．1 专家赋分法

3．2．2 主成分一因子分析法

3．2．3 层次分析法

3．2．4 灰色关联度法

3．2．5 神经网络法

3．2．6 熵权法

3．2．7 试算法

第4章 地下水脆弱性评价方法

4．1 迭置指数法

4．2 过程模拟法

4．3 统计方法

4．4 模糊数学法

4．5 其他方法

4．6 方法比较

第5章 地下水脆弱性评价模型

5．1 DRASTIC模型

5．1．1 DRAsTIC模型评价指标

5．1．2 各评价指标分别描述

5．2 Legrand模型

5．3 GOD模型

5．4 SINTACS模型

5．5 Vierhuff

5．6 AVI方法

5．7 SI

5．8 针对岩溶含水层的脆弱性评价模型

5．8．1 EPIK

5．8．2 表层岩溶带地下水脆弱性评价模型（EPIKSVLG）

5．8．3 欧洲模式

5．8．4 越南模式

5．8．5 slovenia模式

5．9 针对干旱区地下水脆弱性的评价方法

5．9．1 地下水胁迫因子对应变类型的IRRUDQELTS指标模型

5．9．2 基于传统水文地质成果的流域地下水脆弱性评价DRAV模型

5．9．3 基于遥感技术的县域地下水脆弱性评价VI．DA模型

5．10 盆地地下水脆弱性评价方法

5．11 平原地下水脆弱性评价方法

第6章 地下水脆弱性编图方法

6．1 概述

6．2 分类

6．3 制图技术

6．4 地下水脆弱性编图的图例

6．5 国内外编图实践

第7章 相关案例分析

7．1 平原区

7．1．1 三江平原地下水脆弱性评价

7．1．2 松嫩平原地下水脆弱性评价

7．1．3 下辽河平原地下水脆弱性评价

7．1．4 华北平原地下水脆弱性评价

7．1．5 银川平原地下水脆弱性评价

7．1．6 江汉平原地下水脆弱性评价

7．2 岩溶区

7．3 分区评价指标

7．3．1 西北地区

7．3．2 东北地区

7．3．3 华北平原区

第8章 相关技术标准分析及导则编制

8．1 《地下水脆弱性评价技术要求（GWI-D3）

8．2 《区域浅层地下水脆弱性评价技术指南》

8．3 《地下水或含水层敏感性和脆弱性评价方法选择指南》

8．4 《地下水脆弱性评价导则（征询意见稿）

第9章 通辽市示范应用

9．1 研究区背景

9．1．1 研究区自然地理与经济概况

9．1．2 地下水开发利用现状

9．2 研究区水文地质概况

9．2．1 研究区地质条件

9．2．2 研究区水文地质条件

9．2．3 地下水动态及水化学特征

9．3 地下水脆弱性指标体系

9．3．1 DRASTIC模型及其改进

9．3．2 研究区指标体系建立

9．3．3 水质防污性指标分区及等级划分

9．3．4 水量脆弱性指标分区及等级

9．4 评价指标权重

9．4．1 水质防污性指标

9．4．2 水量脆弱性指标

9．5 评价结果分析及验证

9．5．1 水质防污性结果分析

9．5．2 水量脆弱性分析

9．5．3 结果验证

9．6 敏感度分析

9．6．1 水质防污性敏感度分析

9．6．2 水量脆弱性敏感度分析

9．7 结论

第10章 呼伦贝尔示范应用

10．1 研究区概况

10．1．1 自然地理

10．1．2 地形地貌

10．1．3 气象

10．1．4 水文

10．1 _5社会经济

10．2 区域地质及水文地质条件

10．2．1 地层条件

10．2．2 水文地质条件

10．3 水资源及开发利用现状

10．4 地下水脆弱性评价模型的构建

10．4．1 本质脆弱性DRASC评价模型

10．4．2 特殊脆弱性DRASCLM评价模型

10．4．3 评价指标权重的确定

10．5 地下水脆弱性评价结果及分析

10．5．1 潜水本质脆弱性评价结果

10．5．2 潜水特殊脆弱性评价结果

10．6 潜水脆弱性评价结果验证

10．7 敏感性分析

10．8 结论

附录A 地下水脆弱性评价导则（征求意见稿）

1 总则

2 基本要求

3 地下水脆弱性影响因素分析

4 地下水脆弱性评价方法

5 地下水脆弱性评价步骤

6 地下水脆弱性评价成果

附录B 地下水脆弱性编图指南

附录C 地下水资源对污染敏感脆弱性编图及风险评价指南

附录D 国外研究案例

1 基于改进的DRASTIC模型在伊戈迪亚湖流域（土耳其，伊斯帕尔塔）的地下水

脆弱性评价

2 VUKA：基于改进后的COP方法应用于南非岩溶含水层的地下水脆弱性评价

3 基于WMCDSS模型在尼罗河三角洲东北部第四系含水层的地下水脆弱性评价

参考文献 2100433B

要降低电网的结构脆弱性，就要采取一定的措施使网络更加均匀，则是要想办法使网络电气介数的基尼系数减小。在经济领域，如何控制贫富差距一直是讨论的热点问题，其中就有人指出，缩小贫富差距，关键在于调节过高收入 。与之类似，要降低电网脆弱性，关键也在于电气介数很高的关键节点和线路。通过一定的方法限制那些电气介数很大的节点和线路，降低它们在全网电能传输中的相对重要性，这样当它们失效时，对网络造成的影响相对减小，网络也变得更加强壮。根据电能传输的特点，要实现上述目标，在电网建设中一般有两种方法:

一是对网络结构进行优化，使关键节点和线路不要承担过多的负荷;二是合理安排电源布局，使潮流的分布尽量合理。

对网络结构有益的改造可以降低网络的脆弱性，而一些对网络结构有害的变动(如切除故障线路等)也会对网络安全产生消极的影响。本节将对电网结构的变化与其脆弱性之间的关系进行研究。

本文应用复杂网络理论对电网结构脆弱性进行了研究，取得了一定成果，但还存在以下问题，需要进一步研究:

(1>对电力系统的建模仍显粗糙，很多物理特性没有考虑，如电压、无功、主接线形式、二次系统等。

(2)连锁故障模型比较简单，节点和线路容量的确定需要进一步研究，没有考虑保护装置和稳控措施的影响。故障的模拟过程中，只针对节点故障或支路故障，实际上两种故障可能是交替的进行的。故障指标可以反映连锁故障强度，但仍不全面，可考虑和己有指标结合使用。

(3)基尼系数可以反映网络均衡性的变化情况，但当网络规模较大时，网络结构的小变化可能暴露基尼系数灵敏性不足的特点，同时该指标对于网络变化的细节也无法体现。基尼系数的参考标准，是经济学领域中通过长期统计得到的，对于电网结构均衡性的评价可能不再适用。

(4)对于降低结构均衡性的措施只进行了初步研究，并没有提出一个普遍适用的方法。有必要进行进一步的研究，以期得到普适的方法，对电网规划提供决策支持。2100433B